暖通节能系统中，综合智慧能源管理系统的设计和实际应用

实现 建筑节能 用户侧的降碳，是实现“3060”目标最重要的一步，而节能降碳主要的模式就是综合能源服务，这留给暖通空调建筑节能市场的空间是巨大的。 传统的能源管理系统主要是对电力、动力以及水道进行独立管理,这种能源管理模式已经无法满足现代化生产的能源管理需求。而科学的、智慧的能源管理作为现代化信息集成模式,既实现了对资源配置的优化和能源的改善,还实现了单一设备节能向智能化、系统化等方向转变。因此, 综合智慧能源管理系统的设计,实现了对电力能源系统、动力能源系统等各个单元的数据进行采集和监测,预测与管理等全面的智能管理模式,从而为高质量能源和服务奠定了良好的基础。 因此,该系统形成了动态能源价格机制,利用电动汽车负荷调节与储存装置,根据电力不同阶段需求,保障电力系统的稳定运行。总体上来说,综合智慧能源管理系统中应用数字孪生,已经成为综合能源领域中的重要热点问题。

数字孪生技术又指数字镜像或数字双胞胎,它是通过构建复杂的物理实体以此实现现实空间到虚拟数字空间的一种全息映射技术,并利用虚实信息连接,模拟出物理系统的动态特征以及实时状况。数字孪生技术还集成了数据采集功能、数据仿真以及数据通信等多种学科的一种系统性工程。其中,仿真是该项技术的核心能力,可以实现对系统的数据、动作以及状态进行拟实。

1.系统总体架构设计

综合智慧能源管理系统的总体设计如图所示。首先,该系统的设计可以支持多种工业接口的应用,如PLC接口、智能仪表接口以及在线分析仪接口、PDA接口、智能传感器接口等。其次,该系统设计支持西门子Profinet通信协议等所有的通信协议。此外,还可以根据实际需求和网络的情况,实现有限组网模式、有线和无线的混合组网模式、无线组网模式等多种类型。最后,能够实现对能源的能耗数据进行采集、分析和优化控制管理。

▲综合智慧能源管理系统总体架构设计示意图

2.系统软件架构设计

从系统软件架构方面来看,该系统的软件架构主要由能源实际管理、数据自定义、能耗信息报告以及终端能耗预警、能源监控等构成。具体如下图所示。其中，从能源的实际管理方面来看，可以借助对不同类型能源介质的单价或者动态的价格更新,计算产品生产的能源成本。并借助外供与回收的指标，对产品能源成本进行综合计算。从能源的情况方面来看,借助对能源数据的变化趋势分析，可以为企业节能减排和综合能源管理工作提供一定的数据支撑。从能源的监控可视化方面来看，综合智慧管理系统的设计可以实现对多种类型的能源介质数据进行实时的采集和监控,并利用数据可视化技术更加直观地对能源数据进行展示。

▲系统软件架构设计示意图

1.数据采集功能

此功能通过利用采集分类以及对能耗数据计量分项等,为能耗数据精细化管理提供相应的数据,保障了能源数据的可靠性。数据采集得到的数据需要存储在计算机当中,并且还可以上传到大数据之中,便于相关人员对能耗数据进行相应的监控与管理,便于上级管理部分对能源的数据汇总进行统筹安排与管理。

2.数据监测功能

数据监测功能的设计主要是利用数据表格与图表的模式,将采集得到的相关数据在综合智慧能源监控平台中进行显示和实时监控,这对能源企业来说具有非常重要的作用。而数据监测的精准性会对工作人员把控现场具有重要的影响。因此,在综合智慧能源管理系统设计时,需要可以做到及时对数据统计信息进行更新,并将数据以图表方式或者文章的形式,在显示器上进行显示,使工作人员能够更加直观地从数据当中获得设备的信息,及时对相关设备状态进行调整,能有效避免设备由于过热或者电压不足等情况发生故障,提升系统的稳定性。

3.能耗统计分析功能

从能耗统计的方面来看,该功能主要是对能耗的数据、能耗分项以及区域能耗和能耗指标等进行统计。其中,还包含总能耗定比,也就是指实际消耗的能量所占据总能量的百分比,并利用百分数的方式进行表示。同时,总能耗主要用于综合分析。因此,综合智慧能源管理系统的设计,能够自动实现对相应的数据进行统计,并将统计完成的数据存储在计算机数据库当中。这样一来,用户就可以利用数据管理软件,直接实现对能耗比的信息进行查询,并做出相应的决策,使得其工作效率得到提高。从能耗分析方面来看。综合智慧能源管理系统可以利用不同分析算法工具对能源消耗的数据进行计算与分析。并将其能耗进行分类成建筑能耗、区域能耗等类型计量数据,从而汇总成统一的能耗值。并根据总能耗、但能耗以及对标定等相关指标,实现对能耗水平进行综合分析与对比。同时,在对比中利用标准指标对比实现,并生产对应的图标,以此实现对能耗数据的研究,为领导层的决策提供相应的依据。

4.智慧能源管理功能

在工业生产过程时,综合智慧能源管理系统的应用可以合理有效地利用能源,以此降低能源消耗,使得经济效益得到提升。同时,可以将能源计划、能源的管控以及统计分析等下放到各个单位当中,从而使得节能工作责任得到明确。并且还可以实现对不同单位的能源消耗水平,设置定额用能实现,以此达到节能减排,使得能源的利用效率得到提升。

5.智能故障诊断

智能分析功能主要包含了健康状况分析、设备状态分析以及故障诊断分析等3个功能构成。其中,从设备的健康状态方面进行分析,可以利用数据采集平台中所存储的设备每项指标状态数据,展开全面的分析,并对各个类型的指标与设备之间建立起相关性分析,并实现对设备的健康相关特征值,如特征频率以及相位等进行重点的监控。通过对设备的运行以及状态监测历史数据进行对比分析,构建关于设备的健康评估模型,从而帮助运维人员对设备的健康状态进行评估。从设备的状态评价方面来看,可以结合预定的特征值,在线实时对历史工况与当前类似的工况进行对比分析,结合大数据关联分析和时序预测,实现对设备的状态进行实时分析。最后,从故障诊断方面来看,该功能主要利用传感器和智能数据采集设备两者之间进行有效结合,实现多维在线监测,从而实时地对设备的监控状态进行反映出来。并以多级报警方式,告知相应工作人员,以此实现故障远程诊断。

6.智能监控功能

智能监控功能在综合智慧能源管理系统设计中,主要包含了配电网系统监控、分布式发电系统监控以及负荷监控和储能系统监控等供热供冷系统检修监控,以此实现对不同类型的能源系统设备工作状态以及运行的数据进行全面的实时监控,并根据不同数据进行实时运算。同时,将通过采集得到的实时数据利用三维可视化技术进行展现出来,以此使得信息的直观性得到进一步的提高。并借助平台下发相应的操作指令,进行现在设备控制。同时,综合智慧能源管理系统,通过利用电力系统、能耗系统的标准图形画面,将现场设备的电压值、电流值以及功率因数、电镀等相应的测量值在显示屏上进行直观地显示出来。以此可以实现对不同回路的测量值、信号以及参数等进行实时监测,此外还能够根据实时记录,进行故障报警和故障信号显示。

1.仿真与混合建模技术

在综合智慧能源管理系统当中数字孪生技术的应用,将机械、电气以及信息等多个类型的系统共同组成了智慧能源系统,通过全面综合对多物理场机械能分析和建模,使得智慧能源系统所需要出传递的虚实信息,在数字孪生模型当中进行加载,并构建出模型驱动和按数据驱动两者结合的驱动模式,从而更加逼真。

2.信息安全防御机制

综合智慧能源管理系统设计过程中,还包括信息网络系统,该系统主要依赖于网络。并且,系统能够正常地工作,还取决于信息交流的可靠性。如果,数据信息发生泄露的问题,就会导致系统的工作状态受到印象。因此,这时就需要加强对网络攻击的监测,以及对网络防御技术进行研究,这样一来可以更好地面对网络中存在的攻击行为,以此为综合智慧能源管理系统的安全提供保障。

3.可视化与交互技术

数字孪生技术的数据仿真模型和一般数字仿真模型不同,数字孪生模型可以在虚实之间机械能交互。从而达到更新动态演化的效果,以此真实地映射出物理世界的动态效果。而可视化技术的应用,可以为用户提供更加清晰的视觉,实现算法与模型的可视化。

4.多能协同优化技术

建设优秀教师队伍，为国家培养更多高素质人才，是教育事业改革发展的必然选择，是推动经济社会发展、实现中华民族伟大复兴中国梦的重要基础。

5.数据监测功能

在综合智慧能源管理系统当中,多能协同优化技术的应用,可以为用户提供分布式的供能,并借助智慧能源管理系统的多能协同优化调度策略,使得能源的利用效率得到提高,并达到不同类型的能源之间互相协调与互补。同时,在有效保障用户的稳定能源供给时,通过对可再生能源在综合智慧能源管理系统当中的占比以及利用率进行提升,可以有效减少对不可再生能源的依赖,从而达到有效地节能减排目的。最后,利用合理的控制模型,还可以实现主动配电网,对分布式能源进行优化调度以及主动管理。